Спосіб наземно-свердловинної сейсморозвідки

Спосіб наземно-свердловинної сейсморозвідки, який передбачає збудження коливань заданої поляризації на наземному профілі в докритичній області, їх реєстрацію трикомпонентними сейсмоприймачами у свердловині та на денній поверхні, в межах області слідкування хвиль, обробку записів та визначення просторового положення індикатриси променевих швидкостей і значення параметрів анізотропії середовища, прогнозування просторової орієнтації ритмічної шаруватості і впорядкованої тріщинуватості гірських порід, який відрізняється тим, що пікети збудження розміщують на 34236 Газонасиченість шару встановлюють по аномально різкій зміні коефіцієнта проходження хвилі через шар при кутах падіння, більших за критичний кут, який визначається із співвідношення sinaкр=Vпад/Vпр, де \/пад і Vпp - швидкості відповідних хвиль з врахуванням контрастності хвильових опорів нашарувань, що контактують. Спосіб дозволяє підвищити роздільну здатність досліджень, проте недоліками його є використання занадто великих баз спостережень, що вимагає відповідно буріння глибокої свердловини, та обмежені розміри побудов навколо свердловини. Крім того, він націлений на виявлення покладів найбільш простого (пластового) типу і тому не може бути застосований для вивчення неоднорідних геологічних середовищ. Найбільш сучасним та близьким за отримуваними результатами є спосіб свердловинної сейсморозвідки, що передбачає застосуванням наземно-свердловиної установки спостережень, збудження, прийом і реєстрацію прямої хвилі, обробку і перетворення записів, визначення променевих швидкостей розповсюдження прямої хвилі, оцінку параметрів анізотропії, визначення переважної орієнтації тонкої шаруватості і упорядкованої тріщинуватості, в якому джерело коливань заданої поляризації установлюють на наземному профілі в докритичній області на відстані від свердловини, більшій від довжини прямої хвилі, розміщують рівномірно на вертикальному профілі вздовж стовбура свердловини трикомпонентні сейсмоприймачі з кроком, що не перевищує половини довжини прямої хвилі, здійснюють направлений прийом коливань незалежно для кожної компоненти хвильового поля, визначають значення променевих швидкостей прямої хвилі в заданих точках прийому вертикального профілю спостережень, знаходять координати точок прийому коливань, що відповідають мінімальному часу проходження прямої хвилі і максимальному значенню променевої швидкості прямої хвилі, за останніми визначають просторове положення індикатриси променевих швидкостей і значення параметрів анізотропії середовища, прогнозують просторову орієнтацію ритмічної тонкошаруватості і упорядкованої тріщинуватості гірських порід. Спосіб має досить високу роздільну здатність, не потребує великих баз спостережень, проте має суттєві обмеження при вивченні навколосвердловинного середовища по латералі, ускладнює використання поляризаційних характеристик хвиль в зв'язку з відсутністю надійних технічних засобів для проведення трикомпонентних спостережень у свердловині, не передбачає комплексування наземних та свердловинних даних, що знижує ефективність його застосування при вивченні неоднорідних геологічних середовищ. В основу запропонованого винаходу поставлено завдання розширити межі вивчення локальних неоднорідностей в навколосвердловинному середовищі шляхом комплектування даних наземних і свердловинних сейсмічних спостережень та широкого використання кінематичних, динамічних і поляризаційних властивостей поздовжніх і поперечних хвиль. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому способі наземно-свердло винної сейсмічної розвідки, який передбачає збудження коливань заданої поляризації на наземному профілі у докритичній області, реєстрацію коливань трикомпонентними сейсмоприймачами рівномірно вздовж свердловини з кроком, що не перевищує половини довжини прямої хвилі, та на денній поверхні в межах області слідкування відбитих хвиль, обробку записів та визначення просторового положення індикатриси променевих швидкостей та значення параметрів анізотропії середовища, прогнозування просторової орієнтації ритмічної шаруватості і впорядкованої тріщинуватості гірських порід, згідно з винаходом, пікети збудження розміщують на прямолінійних профілях поблизу гирла свердловини на відстані Х£0,2L (L»0,1H, де Н - глибина досліджень) та на відстанях кратних величин Х£0,2L (L - очікувана лінійна протяжність локальної неоднорідності в середовищі) в межах, що перевищують розміри неоднорідності по латералі як мінімум на половину максимальної відстані "джерело коливань – сейсмоприймач", виконують поляризаційну обробку матеріалів і на отриманих сейсмограмах виділяють прямі та відбиті поздовжні і поперечні хвилі від границь, що максимально наближені до верхньої і нижньої відміток очікуваної неоднорідності, будують відповідні годографи та проводять кінематичне моделювання на основі швидкісної залежності V(Н) за даними вертикального сейсмічного профілювання (ВСП), здійснюють сейсмоголографічні перетворення записів, і на основі аналізу різницевої функції між теоретичними і фактично спостереженими годографами відбитих хвиль, амплітуди горизонтів на сейсмічних зображеннях, особливостей поляризації поздовжніх і поперечних хвиль, близьких за часом реєстрації сейсмічних горизонтів, характеру поведінки приведених годографів прямих падаючих хвиль з різновіддалених пунктів збудження та співвідношення інтервального часу поздовжніх та поперечних хвиль між однойменними горизонтами на сейсмічних зображеннях, аналізу пружних характеристик сейсмічних хвиль визначають координати локальної геологічної неоднорідності в плані, а також прогнозують її порово-тріщинні і ємкісні властивості та вірогідність насичення вуглеводнями. Технічний результат запропонованого способу полягає в удосконаленні сейсморозвідки при: вивченні неоднорідних геологічних середовищ та прогнозуванні пасток вуглеводнів самого різного генезису (барові, руслові та дельтові тіла, утворення біогермного походження та ін.). Перевага способу полягає в тому, що завдяки: 1) розміщенню пікетів збудження на прямолінійних профілях поблизу гирла свердловини та на відстанях, що забезпечують найбільш ефективне зондування геологічної неоднорідності; 2) проведенню поляризаційної обробки даних наземних та свердловинних спостережень, спрямованої на визначення інтегральних та диференціальних параметрів поляризації сейсмічних хвиль поблизу геологічної неоднорідності; 3) поєднанню переваг побудови і аналізу годографів поздовжніх і поперечних хвиль та моделювання з даними профільних сейсмоголографічних перетворень досягається очікуваний технічний результат та вирішується поставлена задача. 2 34236 Суть винаходу пояснюється рисунком на фігурі, де прийняті такі позначення: бурова вишка 1; свердловина 2; денна поверхня 3; товщі 4, 5, що розташовані відповідно вище та нижче геологічної неоднорідності середовища; товща 6, в межах якої очікується геологічна неоднорідність 7; пункти реєстрації коливань на денній поверхні 8; точки реєстрації коливань у свердловині 9; пункти збудження коливань: при наземних спостереженнях 10; при вертикальному сейсмічному профілюванні (ВСП) 11, при непоздовжньому ВСП 12; промені падаючих 13 та відбитих 14 хвиль від границі, що знаходиться нижче геологічної неоднорідності середовища 7; промені падаючих прямих хвиль 15,16 з пунктів НВСП відповідно для точок М і N у свердловині 2; годографи спостережених 17 та теоретичних 18 відбитих від границі, що розташована вище очікуваної геологічної неоднорідності середовища; годографи спостережених 19 та теоретичних 20 відбитих від границі, що знаходиться нижче неоднорідності. Як видно з рисунка (фіг.), годографи відбитих хвиль 17 від границі, що розташована вище очікуваної геологічної неоднорідності, збігаються з теоретичними годографами, які побудовані з використанням швидкісної характеристики за даними ВСП. В разі появи в середовищі геологічної (літологічної) неоднорідності 7 форма спостережених годографів 19 буде змінюватись, причому у випадку застосування флангової системи спостережень (фіг.) може мати місце відхилення годографа від теоретичного спочатку на різних віддаленнях від пункту збудження, потім в деякому інтервалі профілю буде спостерігатись стабільна розбіжність годографів (в місцях сталої потужності геологічної неоднорідності), а в кінці неоднорідності буде відстежуватись поступове зменшення нев'язки годографів на найбільш віддалених точках спостережень. В кожному випадку координати об'єкту пошуків будуть визначатись як такі, що знаходяться посередині між виявленими аномаліями на годографах та пікетом збудження. На фігурі зображений випадок, коли швидкість в геологічних відкладах зростає при збільшенні кута падіння зондуючих променів. При застосуванні сейсмоголографічних перетворень з використанням швидкісної характеристики V(Н) за даними ВСП на сейсмічному зображенні матиме місце амплітудна аномалія по горизонту, що знаходиться нижче геологічної неоднорідності середовища (фіг.). Якщо геологічна неоднорідність розташована поблизу свердловини, то вона може бути виявлена шляхом обробки матеріалів вертикального сейсмічного профілювання (ВСП) та непоздовжнього ВСП. З рисунка (фіг.) видно, що, починаючи з деякої глибини, яка перевищує глибину неоднорідності, зондуючі промені можуть перетинати частково або повністю неоднорідність залежно від місцеположення пікетів збудження і самої неоднорідності. Висновок про наявність неоднорідності в розрізі робиться на основі порівняння годографу ВСП та приведених годографів з пунктів НВСП. В разі появи неоднорідності в полі зондуючих променів спостерігатиметься поступове відхилення годографів з віддалених пунктів по відношенню до даних з ближнього пункту збудження. Початкова точка відхилення буде залежати від відстані між свердловиною та геологічною неоднорідністю. Виходячи із сказаного, початкові координати об'єкту досліджень можуть бути знайдені з виразу: Хп=[Хпз(Нп-На)]/Нп (1) де Хпз - координати пункту збудження, Нп - глибина початкової точки відхилення годографу, На - глибина геологічної неоднорідності. Реалізація способу здійснюється наступною послідовністю операцій. На основі апріорної інформації будується модель геологічного розрізу і визначаються інтервали, що можуть бути перспективними з точки зору пошуків локальних неоднорідностей (неантиклинальних пасток). Розраховують координати першого пункту збудження при наземних спостереженнях за формулою: Х=0,2L, де L - очікувана лінійна протяжність локальної неоднорідності. Решта пікетів будуть кратними визначеній величині X. Кількість пунктів збудження розраховується таким чином, щоб вона перевищувала межі очікуваної локальної неоднорідності на половину максимальної відстані "джерело коливань сейсмоприймач". Досвід проведення польових робіт свідчить, що ця відстань складає в середньому 2,5-3,0 км. Координати пікетів НВСП повинні збігатися з деякими із пікетів профільних спостережень і вибираються із розрахунку реєстрації прямих поздовжніх та поперечних (обмінних) хвиль. В більшості випадків відстань пікетів НВСП від свердловини вкладається в межах 0,2-0,5 Н. Кількість пікетів НВСП в разі профільного варіанту їх розташування не перевищує 2-3, що обумовлюється в першу чергу техніко-економічними показниками. Реєстрація сейсмічних коливань виконується трикомпонентними сейсмоприймачами на поверхні і в свердловині, причому ті пункти ВСП та НВСП. які збігаються з пікетами профільних пунктів збудження, бажано відпрацьовувати одночасно. На сейсмограмах ВСП, НВСП та профільних записах виділяють прямі, обмінні та відбиті (поздовжні і поперечні) хвилі і будують відповідні годографи з перерахуванням на задану лінію чи границю. Порівнюють побудовані годографи з теоретичними варіантами (побудованими на основі даних ВСП) і роблять висновки про ймовірні межі розповсюдження локальної геологічної неоднорідності (неантиклинальної пастки). Основними критеріями при цьому можуть бути: спочатку неспівпадання годографів на різних віддаленнях “пікет збудження – сейсмоприймач” (при фланговій системі спостережень), потім стабільні відхилення годографів на деякому інтервалі профілю і дальше поступове зменшення відмінностей годографів (фіг.). Залежно від швидкісної характеристики розрізу і структурно-тектонічної будови очікуваної геологічної неоднорідності (антиклинальної пастки) можуть бути використанні інші критерії для їх виділення, тому відповідне сейсмічне моделювання є невід'ємною частиною запланованих досліджень. Наступним етапом є вивчення інтегральних і диференціальних параметрів поляризації сейсмічних хвиль за даними наземних і свердловинних 3 34236 2. Обчислюємо координати крайніх пікетів збудження при наземних спостереженнях: Хпз поч=200-Xmax/2=200-1300=-1100 м, Хпз кінц=1400+Xmax/2=1400+1300=2700 м. 3. Знаходимо координати непоздовжніх пунктів збудження ВСП в межах 0,2-0,5 Н, тобто Хнвсп=(0,2-0,5)х1600 м=320-800 м. Враховуючи розміщення пунктів збудження при наземних спостереженнях, для пікетів НВСП можуть бути задані координати 400 м, 600 м та 800 м або 400 м і 800 м. 4. Розраховуємо кінематичні ефекти, які можна очікувати при наземних на свердловинних спостереженнях. а) Наземні спостереження. Очікувані максимальні ефекти можуть бути знайдені шляхом аналізу зондуючих променів, що відповідають максимальному віддаленню "джерело коливань - прилад". У разі відсутності неоднорідності час реєстрації відбитої хвилі від нижньої границі шару, який включає неоднорідність, становитиме: спостережень з використанням технології поляризаційного методу (ПМ). Для границь, що знаходяться вище і нижче об'єкту досліджень, визначають дійсні азимути та кути поляризації і траєкторію руху частинок середовища, а також обчислюють диференціальні значення цих параметрів в інтервалах між близькими горизонтами. На краях локальної неоднорідності можна очікувати швидку зміну по латералі поляризаційних властивостей сейсмічних хвиль. За краями неоднорідності, а також безпосередньо в її межах, можна передбачати значно менші зміни диференціальних параметрів. В подальшому проводять сейсмоголографічні перетворення даних наземних спостережень з використанням середньошвидкісної залежності за даними ВСП і по кожному сейсмічному горизонту в околі неоднорідності видруковують амплітудні графіки. За останніми визначають контури неоднорідності в розрізі, які характеризуються зниженням амплітуд сейсмічних горизонтів. За даними ВСП та НВСП будують годографи прямих проходячих і відбитих сейсмічних хвиль, а також параметри їх поляризації. Якщо зондуючі промені проходитимуть через неоднорідність, то матиме місце поступове відхилення приведених годографів падаючих хвиль з пунктів НВСП по відношенню до даних ВСП. Початкові координати неоднорідності визначають за формулою (1). Аналогічна картина стосовно параметрів поляризації буде спостерігатись і в полі відбитих хвиль. За часовими розрізами сейсмоголографічних перетворень, а також часовими розрізами НВСП визначають залежності приросту часу між близькими горизонтами для поздовжніх і поперечних хвиль, а також їх співвідношення вздовж профілю досліджень. Залежно від властивостей неоднорідності в межах профілю будуть спостерігатись аномалії того або іншого знаку. Приклад реалізації способу В процесі дослідної перевірки запропонованого способу були використані такі дані: глибина неоднорідності Н 1600 м глибина вибою Нв 3000 м потужність неоднорідності m 200 м відстань від свердловини до неоднорідності 200 м швидкість: в товщі над неоднорідністю V1 2500 м/с в товщі, яка включає неоднорідність V2 3000 м/с в неоднорідності V3 4000 м/с в товщі нижче неоднорідності V4 3500 м/с розміри неоднорідності: по латералі L(Хпоч=200 м, Хкінц=1400 м) L 1200 м системи спостережень – флангова Хmax 2600 м 1. Розраховуємо відстань між пікетами збудження при наземних спостереженнях: Х=0,2L=0,2х1200=240 м. Округлення виконується в меншу сторону для досягнення більшої детальності, тобто потрібно проектувати Х=200 м. t1 = { 2 H + {2 m +[X 2 2 + [ mX = { 2 1600 + { 2 200 max 2 2 max / 2 - mX max / 2 /( H + m )] 2 } / V 1 + / 2 /( H + m )] 2 } / V 2 = + (1300 - 200 × 1300 / 1800 ) 2 } / 2500 + + ( 200 × 1300 / 1800 ) 2 } / 3000 = 1, 742 c При появі геологічної неоднорідності відповідний час знаходиться шляхом заміни в попередній формулі швидкості V2 на V3.Обчислений час складе t2=1,702 с. Таким чином, кінематичний ефект для прийнятої моделі становитиме: Dtк=t2–t1=1,702–1,742=-0,040 c. б) Свердловинні спостереження. Якщо координати пікетів збудження вибрані 400 м та 800 м, то з першого пункту геологічна неоднорідність може слабо проявитись на глибинах, що перевищують 2,5 км. При віддаленні 800 м ефекти будуть значно вагоміші. Початкова точка відхилення годографа падаючої прямої хвилі буде близькою 2 км. На глибині 2,8-3 км відхилення досягне максимальної величини і сягатиме: ' ' D t к = t 2 - t 1' тут t 1' = [ ( X max / 2 ) 2 + H 2 B ] / H B × ( H / V1 + + m / V 2 + [ H B - ( H + m )] / V 3 = = [ 1300 2 + 3000 2 ] / 3000 × (1600 / 2500 + + 200 / 3000 + 1200 / 3500 ) = 1,143 c . ' Для визначення t2 в наведеній вище формулі швидкість V2 необхідно замінити на V4. Тоді: ' t 2 = ( 1800 2 + 3000 2 ) / 3000 × (1600 / 2500 + + 200 / 4000 + 1200 / 3500 ) = 1,124 c , D t к' = 1,124 - 1,143 = - 0 , 019 c Звідси випливає, що кінематичний ефект при віддаленні 800 м становитиме -0,019 с, що може досить надійно фіксуватись при досягнутій нині точності сейсморозвідувальних робіт. Очікувані ефекти по поляризаційних та амплітудних параметрах базуються на уже отриманому 4 34236 досвіді вивчення цих характеристик сейсмічного поля в різноманітних сейсмогеологічних умовах. Таким чином, проведення наземно-свердловинних досліджень із застосуванням запропонованого способу дозволяє підвищити ефективність сейсмічного методу при вивченні неоднорідних геологічних середовищ не лише в околі свердловини, але й на значних відстанях від неї, що має вирішальне значення при прогнозуванні пасток вуглеводнів, зокрема нетрадиційного типу (баро ві, дельтові, руслові, органогенного походження та ін.). Джерела інформації 1. А.с. СРСР № 1810866 А1, кл. G01V1/00, опубл 23.04.1993. 2. Патент на винахід України № 18957 А, кл. G01V1/00, опубл. 25.12.1997. 3. Патент на винахід країни № 17780 А, кл. G01V1/00, опубл. 31.10.1997, Бюл. № 5 (прототип). __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5